Descripció, estudi i simulació de cicles de rankine orgànics (ORC) per a generar potència mecànica o elèctrica a partir de fonts d'energia de procedència diversa

Abstract

En el present TFG es descriu el cicle de Rankine orgànic (ORC) així com els seus components i variants. També se simula, s’estudia i s’analitza el comportament dels cicles de Rankine orgànics en cinc simulacions realitzades a partir de diversos estudis fets per altres autors i publicats en forma d’articles tècnics en la bibliografia, així com d’altres estudis específics efectuats en el present projecte. En el present projecte s’ha empleat el software Engineering Equation Solver (EES) per dur a terme les simulacions dels models realitzats pels cicles de Rankine orgànics simples (ORC) i pels cicles orgànics de Rankine amb recuperador de calor (RORC). El punt de partida en aquest TFG és el model simple de ORC realitzat per S. Quoilin (2011) en l’entorn del software EES. A aquest model s’han realitzat una sèrie de modificacions i extensions, les quals es detallen en l’Annex A.5.1 del TFG. A més, s’han simulat i escollit els bescanviadors de calor (evaporador, condensador i recuperador de calor en els RORC) presents en algunes de les simulacions de ORC estudiades, per tal d’analitzar quines serien les condicions reals en les quals es treballa a partir de les simulacions realitzades amb el sotware EES. Per fer-ho, s’ha utilitzat el software SSP G7 mitjançant el qual s’ha pogut introduir les condicions sota les quals s’ha treballat en cada simulació i obtenir unes característiques reals i els tipus de bescanviadors de plaques adequats per a cada ORC on s’ha fet aquest estudi de selecció dels bescanviadors de calor. Els models dels cicles ORC i RORC juntament amb unes restriccions de treball han servit per a seleccionar un seguit de fluids orgànics de treball que verificaven les condicions adequades per a cada cicle d’operació, en funció de les seves propietats termodinàmiques. A partir de realitzar totes les simulacions s’han seleccionat els fluids R123 i R245fa com a fluids òptims de treball per aplicacions de cicles ORC que treballen amb fonts tèrmiques amb temperatures entre 80 ºC i 250 ºC. En aquests intervals de temperatures els rendiments tèrmics del cicle dels ORC acostumen a oscil·lar entre 7,5 % – 15,0 %.